Internetworking - Interconexão de Redes

Apresentação em tema: "Internetworking - Interconexão de Redes"— Transcrição da apresentação:

1 Internetworking - Interconexão de Redes
Sumário Interconexão de redes heterogêneas Serviço universal de comunicação O modelo de serviço de interredes Esquema de endereçamento global Curso de Redes de Computadores, 2004 DCC - ICEx - UFMG Prof. José Marcos Silva Nogueira Redes de Computadores – DCC UFMG

2 IP Internet Concatenation of Networks Redes de Computadores – DCC UFMG
H4 H5 H3 H2 H1 Network 2 (Ethernet) Network 1 (Ethernet) H6 Network 3 (FDDI) Network 4 (point-to-point) H7 R3 H8 Redes de Computadores – DCC UFMG

3 Motivação para interconexão
Diferentes tecnologias de rede oferecem diferentes características: LANs: alta velocidade, pequena distância WANs: comunicação numa grande área Não existe uma única tecnologia de rede que é melhor para todas as necessidades Redes de Computadores – DCC UFMG

4 Motivação para interconexão
É comum uma grande organização ter várias redes físicas, cada uma adequada para um determinado tipo de ambiente Redes de Computadores – DCC UFMG

5 Conceito de Serviço Universal
Permite que um usuário ou aplicação num computador troque informações com qualquer outro usuário ou aplicação em outro computador da rede Um sistema de comunicação que provê serviço universal permite que pares arbitrários de computadores se comuniquem Redes de Computadores – DCC UFMG

6 Conceito de Serviço Universal
Incompatibilidades entre hardware de rede e endereçamento físico fazem com que não seja possível criar uma rede com diferentes tecnologias Solução Interconexão entre redes através de hardware e software Sistema resultante: internet Redes de Computadores – DCC UFMG

7 Hardware básico de uma internet
Roteador Computador de finalidade especial dedicado a interconexão de redes As redes podem usar diferentes tecnologias como meio físico, endereçamento, formato de pacotes Redes de Computadores – DCC UFMG

8 Arquitetura de uma internet
Roteadores comerciais podem ser usa-dos para conectar mais de duas redes Um único roteador não é usado para conectar todas as redes de uma organização: Provável incapacidade do roteador de processar todos os pacotes entre as redes de forma apropriada Falta de confiabilidade e redundância Redes de Computadores – DCC UFMG

9 Como obter serviço universal
Objetivo de interconexão: Ter serviço universal entre redes heterogêneas Como? Roteadores devem negociar a sintaxe e semântica de pacotes entre origem e destino Rede virtual: sistema de comunicação é uma abstração Redes de Computadores – DCC UFMG

10 Rede virtual Redes de Computadores – DCC UFMG

11 Rede virtual Redes de Computadores – DCC UFMG

12 Protocolos para interconexão
Mais importante de todos: IP Interconexão: Conceito fundamental das redes modernas Para que haja interconexão, hosts e roteadores precisam do protocolo IP Hoje, é comum encontrar roteadores que executam alguma aplicação também como funções de gerência Redes de Computadores – DCC UFMG

13 IP Internet Protocol Stack Redes de Computadores – DCC UFMG R1 ETH
FDDI IP TCP R2 PPP R3 H1 H8 Redes de Computadores – DCC UFMG

14 Service Model Connectionless (datagram-based)
Best-effort delivery (unreliable service) packets are lost packets are delivered out of order duplicate copies of a packet are delivered packets can be delayed for a long time Redes de Computadores – DCC UFMG

15 Princípio de funcionamento do protocolo IP
Entrega será feita com o “maior esforço” (best-effort delivery) No entanto, IP não garante que não haja: Duplicação de pacotes Entrega atrasada ou fora de ordem Alteração de dados Perda de pacotes Protocolos de outros níveis devem tratar desses problemas Redes de Computadores – DCC UFMG

16 Service Model Datagram format Redes de Computadores – DCC UFMG V
ersion HLen TOS Length Ident Flags Offset TTL Protocol Checksum SourceAddr DestinationAddr Options (variable) Pad (variable) 4 8 16 19 31 Data Redes de Computadores – DCC UFMG

17 Formato do pacote IP Redes de Computadores – DCC UFMG

18 Formato do pacote IP Version: Indica o número da versão corrente
Permite uma transição “suave” entre versões Redes de Computadores – DCC UFMG

19 Formato do pacote IP IHL (Tamanho do cabeçalho):
Qte de 32 bits presente no cabeçalho Mínimo: 5 (sem nenhuma opção) Máximo: 15 a 60 bytes (40 opções) Redes de Computadores – DCC UFMG

20 Formato do pacote IP Tipo de serviço - TOS Prioridade (3 bits)
Flags indicam o que é mais importante para a aplicação: menor atraso, maior vazão, maior confia-bilidade (3 bits) Dois bits não usados Na prática, os roteadores tendem a ignorar este campo Redes de Computadores – DCC UFMG

21 Formato do pacote IP Comprimento total do pacote:
Pode ser até bytes Redes de Computadores – DCC UFMG

22 Formato do pacote IP Identificação:
Identifica o fragmento de um datagrama É usado pelo destinatário para remontagem Redes de Computadores – DCC UFMG

23 Formato do pacote IP Bit DF (don't fragment): Bit MF (more fragments):
Indica que o pacote não deve ser fragmentado Bit MF (more fragments): Todos os fragmentos de um pacote, exceto o último, setam este bit Redes de Computadores – DCC UFMG

24 Formato do pacote IP Fragment Offset:
Indica onde o fragmento se encaixa dentro do pacote Cada fragmento, exceto o último, deve ser múltiplo de 8 Redes de Computadores – DCC UFMG

25 Formato do pacote IP Time To Live:
Teoricamente, indica o tempo máximo que um pacote pode existir, i.e., 255 s Na prática, indica o número máximo de roteadores que pode passar Redes de Computadores – DCC UFMG

26 Formato do pacote IP Protocolo:
Indica o protocolo para o qual deve-se passar o pacote A identificação dos protocolos é dada pela RFC 1700 Redes de Computadores – DCC UFMG

27 Formato do pacote IP Checksum do cabeçalho:
Tem como objetivo aumentar a confiabilidade do pacote entregue às camadas superiores Redes de Computadores – DCC UFMG

28 Formato do pacote IP Endereços dos computadores origem e destino
Redes de Computadores – DCC UFMG

29 Formato do pacote IP Opções:
Forma de incluir informações não presentes na versão Redes de Computadores – DCC UFMG

30 Fragmentação de pacotes
A camada de rede de cada protocolo especifica uma quantidade máxima de dados que pode enviar de cada vez Este limite é conhecido como MTU (Maximum Transmission Unit) Logo, pacotes devem ter no máximo esse tamanho Redes de Computadores – DCC UFMG

31 Fragmentação de pacotes
Problema encontrado frequentemente na prática Redes de Computadores – DCC UFMG

32 Fragmentação de pacotes
Cabeçalho original deve ser preservado na fragmentação Bit MF e campos de Identificação e Fragment Offset devem ser usados Redes de Computadores – DCC UFMG

33 Fragmentation and Reassembly
Each network has some MTU Strategy fragment when necessary (MTU < Datagram) try to avoid fragmentation at source host re-fragmentation is possible fragments are self-contained datagrams use CS-PDU (not cells) for ATM delay reassembly until destination host do not recover from lost fragments Redes de Computadores – DCC UFMG

34 Example Redes de Computadores – DCC UFMG

35 Example Redes de Computadores – DCC UFMG Ident = x Offset = 0
Start of header Rest of header 1400 data bytes Ident = x Offset = 0 Start of header 1 Rest of header 512 data bytes =64 = 128 376 data bytes Redes de Computadores – DCC UFMG

36 Remontagem de pacotes Processo inverso ao da fragmentação
Quem é responsável por essa tarefa? Computador de destino responsável por essa tarefa Redes de Computadores – DCC UFMG

37 Remontagem de pacotes O que ocorre se fragmentos são perdidos, chegam foram de ordem ou atrasados? RX não tem como informar TX para enviar um fragmento já que TX não conhece nada sobre fragmentação Redes de Computadores – DCC UFMG

38 Remontagem de pacotes Solução:
RX ao receber o primeiro fragmento de um pacote inicializa um temporizador Se todos os fragmentos não chegam antes do temporizador se esgotar então todos os fragmentos são ignorados Redes de Computadores – DCC UFMG

39 Fragmentação de fragmentos
É possível fragmentar fragmentos? Sim. O protocolo IP não faz distinção de níveis de fragmentação Na prática, a remontagem pode ser feita mais rápida se todos os fragmentos forem do mesmo tamanho Redes de Computadores – DCC UFMG

40 Endereçamento numa rede virtual
Componente crítico da abstração fornecida por uma internet Independente dos endereços físicos como os usados em redes locais Ajuda a criar a ilusão de uma rede única e integrada Usuários, aplicações e protocolos de alto nível usam endereços abstratos para se comunicar Redes de Computadores – DCC UFMG

41 Esquema de endereçamento IP
Na arquitetura TCP/IP, o endereçamento é especificado pelo Internet Protocol (IP) Endereço IP de um computador: Número binário único de 32 bits Dividido em duas partes: Prefixo: identifica a rede física na qual o computador se encontra (número de rede) Sufixo: identifica o computador na rede Redes de Computadores – DCC UFMG

42 Esquema de endereçamento IP
Número de rede é único Número do prefixo deve ser controlado globalmente Número do sufixo pode ser controlado localmente Redes de Computadores – DCC UFMG

43 Classes de endereçamento IP
Compromisso entre tamanho de prefixo e sufixo que reflete diferentes tamanhos de rede Classes primárias: A, B e C Classe D: comunicação em grupo Classe E: extensão futura (sem uso) É chamado de auto-identificável: A classe de um endereço pode ser calculada do próprio endereço Redes de Computadores – DCC UFMG

44 Global Addresses Properties Dot Notation globally unique
hierarchical: network + host Dot Notation Network Host 7 24 A: 14 16 1 B: 21 8 C: Redes de Computadores – DCC UFMG

45 Classes de endereçamento IP
Redes de Computadores – DCC UFMG

46 Endereço IP É chamado de auto-identificável:
A classe de um endereço pode ser calculada do próprio endereço Redes de Computadores – DCC UFMG

47 Endereço IP Notação decimal com ponto:
32 bits: 4 x 8 bits Forma usual de representar endereços Exemplo: turmalina.dcc.ufmg.br: Redes de Computadores – DCC UFMG

48 Endereço IP Valores do primeiro octeto do endereço:
Espaço de endereçamento: Redes de Computadores – DCC UFMG

49 Exemplo de endereçamento
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50 Endereços especiais Existem alguns endereços que são reservados e não são atribuídos a computadores Redes de Computadores – DCC UFMG

51 Endereços de roteadores
Roteadores devem ter endereços IP Cada roteador deve ter dois ou mais endereços IP Um roteador tem conexões para diferentes redes físicas Cada endereço IP contém um prefixo que especifica uma rede física Redes de Computadores – DCC UFMG

52 Endereços de roteadores
Redes de Computadores – DCC UFMG

53 Computadores muti-homed
Computadores ligados a mais de uma rede física Objetivos: Confiabilidade Desempenho O computador possui um endereço IP em cada rede que se conecta Redes de Computadores – DCC UFMG

54 Datagram Forwarding Forwarding – encaminhamento Routing – roteamento
O processo de pegar um pacote de uma entrada e passá-lo para uma saída apropriada. Routing – roteamento O processo de construção de tabelas que permitem a correta saída de um pacote ser determinada. Redes de Computadores – DCC UFMG

55 Datagram Forwarding Strategy
every datagram contains destination’s address if directly connected to destination network, then forward to host if not directly connected to destination network, then forward to some router forwarding table maps network number into next hop each host has a default router each router maintains a forwarding table Redes de Computadores – DCC UFMG

56 Datagram Forwarding Example network Redes de Computadores – DCC UFMG
H4 H5 H3 H2 H1 Network 2 (Ethernet) Network 1 (Ethernet) H6 Network 3 (FDDI) Network 4 (point-to-point) H7 R3 H8 Redes de Computadores – DCC UFMG

57 Datagram Forwarding Example (R2) Network Number Next Hop 1 R3 2 R1
(From fig. 4.1) Redes de Computadores – DCC UFMG

58 Datagram Forwarding Example (R2) Network Number Next Hop 1 R3 2 R1
3 interface 1 4 interface 0 Redes de Computadores – DCC UFMG

59 Datagram Forwarding Redes escaláveis
Para se obter escalabilidade, é preciso reduzir a quantidade de informação armazenada em cada nodo A maneira mais comum é usar agregação hierárquica Redes de Computadores – DCC UFMG

60 Datagram Forwarding Escalabilidade com IP
Dois níveis de hierarquia Redes no nível superior Nodos no nível inferior Roteadores tratam apenas dados agregados Consideram apenas as redes, e não os nodos Redes de Computadores – DCC UFMG

61 Address Translation Map IP addresses into physical addresses
destination host next hop router Techniques encode physical address in host part of IP address (don’t work, addresses are limited) table-based: a table in each host Redes de Computadores – DCC UFMG

62 Address Translation ARP Address Resolution Protocol
table of IP to physical address bindings broadcast request if IP address not in table target machine responds with its physical address table entries are discarded if not refreshed Redes de Computadores – DCC UFMG

63 ARP– The Address Resolution Protocol
Three interconnected /24 networks: two Ethernets and an FDDI ring. Redes de Computadores – DCC UFMG

64 ARP Packet Format T argetHardwareAddr (bytes 2 – 5)
argetProtocolAddr (bytes 0 3) SourceProtocolAddr (bytes 2 Hardware type = 1 ProtocolT ype = 0x0800 SourceHardwareAddr (bytes 4 argetHardwareAddr (bytes 0 1) SourceProtocolAddr (bytes 0 HLen = 48 PLen = 32 Operation SourceHardwareAddr (bytes 0 8 16 31 Redes de Computadores – DCC UFMG

65 ARP Details Request Format Notes
HardwareType: type of physical network (e.g., Ethernet) ProtocolType: type of higher layer protocol (e.g., IP) HLEN & PLEN: length of physical and protocol addresses Operation: request or response Source/Target-Physical/Protocol addresses Notes table entries timeout in about 10 minutes update table with source when you are the target update table if already have an entry do not refresh table entries upon reference Redes de Computadores – DCC UFMG

66 ATMARP Subredes lógicas IP – LIS
Possibilita dividir uma rede ATM grande em sub-redes menores. Todos nodos de uma sub-rede, uma mesma rede IP Uso de roteadores, como no IP clássico Fig 4.8 Redes de Computadores – DCC UFMG

67 Error reporting in the Internet
Embora o protocolo IP simplesmente descarte os pacotes com problemas, Na prática, os problemas são reportados às fontes de pacotes Protocolo ICMP, companheiro do IP Define uma coleção de mensagens de erro Redes de Computadores – DCC UFMG

68 ATMARP Protocolo de resolução usado em ATM
Quando uma rede ATM opera como parte de uma interrede IP Problema: difusão de pacotes Soluções: Uso de emulação de LAN (pode não ser eficiente) Procedimento de ARP em redes ATM ATMARP Parte do modelo Classical Ip over ATM Baseia-se num servidor para resolução de endereços Redes de Computadores – DCC UFMG

69 Internet Control Message Protocol (ICMP)
Echo (ping) Destination unreachable (protocol, port, or host) TTL exceeded (so datagrams don’t cycle forever) Checksum failed Reassembly failed Cannot fragment Redirect (from router to source host) Redes de Computadores – DCC UFMG

70 Dynamic Host Configuration Protocol
Operation of DHCP. Redes de Computadores – DCC UFMG